脑脊液胞外囊泡携带突触损伤、炎症和应激反应标志物

2020-05-07

 


临床现阶段通过抗逆转录病毒治疗(ART)疗法极大地改善了HIV阳性患者的健康,但HIV相关的神经认知障碍(HAND)仍然是一大难题。脑脊液(CSF)来源于脑实质,是神经系统疾病的重要指标。细胞外囊泡(EVs)是存在于包括脑脊液(CSF)在内的多数体液中的一种纳米颗粒,已被确定为神经系统疾病的生物标志物,包括阿尔茨海默病、帕金森病和多发性硬化症等。Dana Gabuzda团队利用蛋白质组学技术对脑脊液胞外囊泡进行研究,结果揭示了具有认知障碍的HIV患者体内与突触损伤、炎症和应激反应相关的标志物。该团队发现:接受抗逆转录病毒治疗的HIV阳性患者脑脊液EVs增加与神经损伤生物标志物--神经丝轻链蛋白(NFL)相关,表明脑脊液EVs在HIV相关的神经认知损伤中可能发挥作用,通过非靶向质谱技术对HIV阳性受试者脑脊液EVs蛋白组及其与神经认知障碍的关系进行了相关研究。

方法与结果

1.脑脊液EVs特征鉴定

从20例认知功能障碍的HIV阳性患者(n = 10)和无认知功能障碍的HIV阳性患者(n = 10)中分离出的脑脊液EVs,通过电镜、纳米颗粒追踪分析和免疫印迹技术对分离到的脑脊液EVs进行特征鉴定。

图:Fig.1

2.利用质谱进行蛋白质组学鉴定,统计学分析及功能注释

通过质谱技术分别在CSF分离到的EVs和去除EVs的CSF样本中鉴定到了2727和1626个蛋白。其中与去除EVs的CSF样本相比,EVs组分中富集到一些外泌体及神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞和脉络膜丛的标志蛋白,如syntenin、tetraspanin和热休克蛋白等。通过GO通路分析表明脑脊液EVs中的蛋白质多与突触、免疫/炎症反应、应激反应、代谢过程、线粒体功能和血脑屏障相关。与没有认知功能障碍的HIV受试者相比,有认知功能障碍的受试者鉴定到的蛋白质与神经突触、神经胶质细胞、炎症和应激反应相关的蛋白质表达量更高。

图:Fig.2,Fig.3,Fig.4和Fig.5

图注:Fig4:ANI, 无症状神经认知障碍; ND, 轻度神经认知障碍。

(HIV相关的神经认知障碍(HAND),包括无症状神经认知障碍(ANI),轻度神经认知障碍(MND)和HIV相关痴呆(HAD))。

3. 利用免疫印迹技术于脑脊液和人胶质母细胞瘤U87的EVs中,对标志物进行验证。

用过氧化氢处理U87细胞4小时营造氧化胁迫环境,并用超速离心法分离得到外泌体。最终,筛选到的标志物GFAP、GLUL、CRP、PRDX2、PARK7、HSP70均通过免疫印迹法在有认知障碍的受试者CSF内及氧化条件下的U87细胞分泌的EV中检测到。

图:Fig.6

结论

研究表明,从神经元、胶质细胞和脉络膜丛中提取的脑脊液EVs携带有与免疫/炎症相关的突触蛋白和应激反应蛋白,是一个有价值的发现生物标志物的来源。

文章亮点

利用蛋白质组学技术在具有认知障碍的HIV患者脑脊液胞外囊泡中,发现突触损伤、炎症和应激反应的标志物。

文献参考

Proteomic analysis of cerebrospinal fluid extracellular vesicles reveals synaptic injury, inflammation, and stress response markers in HIV patients with cognitive impairment.Guha D, Lorenz DR, Misra V, Chettimada S, Morgello S, Gabuzda D.J Neuroinflammation. 2019 Dec 5;16(1):254. doi: 10.1186/s12974-019-1617-y.